(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲスト分子がハイドレートになり得る温度・圧力条件下の地層中の間隙に、前記ゲスト分子の液体を前記地層中の間隙よりも小さな微粒子にして水に分散させたエマルションを注入し、真空状態にして前記地層中に位置させた容器の開口部を開口して該容器周辺の流体を吸い込ませることによって前記エマルションに攪拌の効果を与えることを特徴とするガス・ハイドレートの生成促進方法。
【請求項２】
前記エマルション中の前記ゲスト分子の液体と前記水との混合割合を変化させることで前記エマルションの単位量当たりの発熱量を制御することを特徴とする請求項１記載のガス・ハイドレートの生成促進方法。
【請求項３】
前記ゲスト分子はＣＯ2であることを特徴とする請求項１記載のガス・ハイドレートの生成促進方法。
【請求項４】
第一のゲスト分子のハイドレートが存在する地層中の間隙に、前記第一のゲスト分子がハイドレートになる温度・圧力よりも高温・低圧でハイドレートになり得る第二のゲスト分子の液体を前記地層中の間隙よりも小さな微粒子にして水に分散させたエマルションを注入し、真空状態にして前記地層中に位置させた容器の開口部を開口して該容器周辺の流体を吸い込ませることによって前記エマルションに攪拌の効果を与えて前記第二のゲスト分子のハイドレートの生成を促進するのと並行してその時の反応熱で前記第一のゲスト分子のハイドレートを分解させ、前記第一のゲスト分子のハイドレートを前記第二のゲスト分子のハイドレートに置換しながら前記第一のゲスト分子のガスを回収することを特徴とするガス資源の増進回収法。
【請求項５】
前記エマルション中の前記第二のゲスト分子の液体と前記水との混合割合を変化させることで前記エマルションの単位量当たりの発熱量を制御することを特徴とする請求項４記載のガス資源の増進回収法。
【請求項６】
前記第一のゲスト分子はＣＨ4であると共に前記第二のゲスト分子はＣＯ2であることを特徴とする請求項４記載のガス資源の増進回収法。
【請求項７】
ＣＨ4ハイドレート層の上のＣＯ2がハイドレートになり得る温度・圧力条件下の地層の間隙に、前記ＣＯ2の液体を地層中の間隙よりも小さな微粒子にして水に分散させたエマルションを注入し、真空状態にして前記地層中に位置させた容器の開口部を開口して該容器周辺の流体を吸い込ませることによって前記エマルションに攪拌の効果を与えて前記ＣＯ2のハイドレートのシール層を形成した後、前記ＣＨ4ハイドレート層の間隙に前記エマルションを注入し、真空状態にして前記地層中に位置させた容器の開口部を開口して該容器周辺の流体を吸い込ませることによって前記エマルションに攪拌の効果を与えて前記ＣＯ2のハイドレートの生成を促進するのと並行してその時の反応熱で間隙に存在する前記ＣＨ4ハイドレートを分解させ、前記ＣＨ4ハイドレートを前記ＣＯ2ハイドレートに置換しながらＣＨ4ガスを回収することを特徴とするガス資源の増進回収法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス・ハイドレートの生成促進方法並びにガス資源の増進回収法に関する。さらに詳述すると、本発明は、例えば二酸化炭素(ＣＯ2)の固定化に用いて好適なガス・ハイドレートを生成するための技術、並びに、例えば二酸化炭素(ＣＯ2)の固定化と並行して行うメタン(ＣＨ4)ガスの採掘・回収に用いて好適なガス・ハイドレートの生成と並行してガス資源を回収するための技術に関する。
【０００２】
本明細書において、ハイドレート化しているガス資源のことをガス・ハイドレート資源と呼ぶ。具体的には例えば、ＣＨ4ガスがハイドレート化しているＣＨ4ハイドレートについてはＣＨ4ガスがガス資源であってガス・ハイドレート資源である。
【背景技術】
【０００３】
ＣＯ2の大量放出に伴う地球温暖化を防止するため、ＣＯ2を大気に放出せずに回収しハイドレート化して例えば海底地層，湖底地層，永久凍土層等に固定することが研究されている。一方で、新たなエネルギー資源として海底地層等に大量に埋蔵されているＣＨ4ハイドレートが注目されており、ＣＨ4ハイドレートを採掘することも研究されている。さらに、ＣＨ4ハイドレート中のＣＨ4分子をＣＯ2分子に置換することでＣＯ2を固定すると共にＣＨ4を採掘することについても研究されている。
【０００４】
ＣＨ4ハイドレート中のＣＨ4分子をＣＯ2分子に置換することに関する研究論文（非特許文献１）が公表されている。この論文では、ＣＨ4ガス，ＣＯ2，水，ＣＨ4ハイドレート，ＣＯ2ハイドレートが混在する条件において、ハイドレート格子中のゲスト分子であるＣＨ4が、ハイドレート格子を分解することなく、ＣＯ2に置換されることが熱力学的に論じられている。
【０００５】
そして、ガス・ハイドレート中のガス分子を他のガス分子に置換する方法として、第一のゲスト分子のハイドレートが存在する地層中の間隙に第一のゲスト分子がハイドレートになる温度・圧力よりも高温・低圧でハイドレートになる第二のゲスト分子の液体を地層中の間隙よりも小さな微粒子にして水に分散させたエマルションを注入し、第二のゲスト分子のハイドレートが生成される時の発熱で第一のゲスト分子のハイドレートを分解させるようにするものがある（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ＷＯ２００７／０２３９４３
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】大垣一成 他「南海トラフのＣＨ4hydrateの利用とＣＯ2の貯蔵」，化学工学論文集20(1)，p121〜123，1994年１月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１のガス・ハイドレートの置換方法で前提としているように、ＣＨ4ハイドレート等のガス・ハイドレートが存在する地層中では、地層中に既存するガス・ハイドレートが核となって、水(流体)とＣＯ2(流体)とが存在するとＣＯ2ハイドレート(固体)の生成が促進される。
【０００９】
ところが、図７に示すように、深度が深くて（即ち、圧力Ｐが高くて）地温Ｔが高い環境は、ＣＯ2ハイドレートの安定領域(図中灰色部分)の境界に近い温度・圧力条件であり、ＣＯ2ハイドレートが生成し難い条件である。室内実験であれば、ＣＯ2ハイドレートが安定であり得る温度・圧力条件にしてもＣＯ2ハイドレートが生成されない場合には界面を羽根車等で攪拌することによってＣＯ2ハイドレートが生成し易くなる。ここで、ＣＯ2ハイドレートが生成し易くなるというのは、ＣＯ2ハイドレートが安定であり得る温度・圧力条件にしてからＣＯ2ハイドレートの生成が開始されるまでの時間が短縮されるということである。
【００１０】
しかしながら、室内実験で利用される羽根車等を用いた攪拌を地層中で行うことは非常に困難である。そして、特許文献１の方法はガス・ハイドレートが生成される時の発熱を利用するものであるので、ガス・ハイドレートの生成を人工的に制御・促進させることができなければ、操作性が良いとは言えず、結果的に汎用性があるとは言えない。
【００１１】
そこで、本発明は、ガス・ハイドレートの生成を人工的に制御・促進することができるガス・ハイドレートの生成促進方法を提供することを目的とする。さらに、本発明は、ガス・ハイドレートの生成を人工的に制御・促進することができると共に当該生成の際の発熱によって他のガス・ハイドレートを分解して当該他のガス・ハイドレート資源を効率的に採掘・回収することができるガス・ハイドレートの生成促進方法と組み合わせたガス資源の増進回収法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
かかる目的を達成するため、請求項１記載のガス・ハイドレートの生成促進方法は、ゲスト分子がハイドレートになり得る温度・圧力条件下の地層中の間隙に、ゲスト分子の液体を地層中の間隙よりも小さな微粒子にして水に分散させたエマルションを注入し、真空状態にして地層中に位置させた容器の開口部を開口して該容器周辺の流体を吸い込ませることによってエマルションに攪拌の効果を与えるようにしている。
【００１３】
したがって、このガス・ハイドレートの生成促進方法によると、真空状態の容器の開口部を開口して流体を急激に吸い込ませることをトリガーとしてエマルションに攪拌の効果を与えてハイドレート化を人工的に制御・促進してハイドレートを迅速に生成することができる。
【００１４】
このガス・ハイドレートの生成促進方法によると、また、ゲスト分子の液体が地層中の間隙よりも小さな微粒子となって水に分散されたエマルション状態で地層中に注入されるので、水と同様に移動を妨げられることなく地層中の間隙を埋めている海水や水を押し退けながら間隙内に容易に進入し或いは海水や水に拡散し、ゲスト分子の微粒子と海水とが混じり合ったエマルション状態のまま地層中に均質に分布する。しかも、予めエマルション状態にしてから地層中に注入されるため、ハイドレート生成に適した水とゲスト分子との割合で分散させることができる。
【００１５】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載のガス・ハイドレートの生成促進方法において、エマルション中のゲスト分子の液体と水との混合割合を変化させることでエマルションの単位量当たりの発熱量を制御するようにしている。この場合には、地層の温度がガス・ハイドレートの生成が生じる温度になるように制御される。
【００１６】
また、請求項３記載の発明は、請求項１記載のガス・ハイドレートの生成促進方法において、ゲスト分子はＣＯ2であるようにしている。この場合には、ゲスト分子をＣＯ2として地層中の間隙にハイドレートを生成して地球温暖化の原因になっているＣＯ2を地層中に固定化することができる。
【００１７】
また、請求項４記載のガス資源の増進回収法は、第一のゲスト分子のハイドレートが存在する地層中の間隙に、第一のゲスト分子がハイドレートになる温度・圧力よりも高温・低圧でハイドレートになり得る第二のゲスト分子の液体を地層中の間隙よりも小さな微粒子にして水に分散させたエマルションを注入し、真空状態にして地層中に位置させた容器の開口部を開口して該容器周辺の流体を吸い込ませることによってエマルションに攪拌の効果を与えて第二のゲスト分子のハイドレートの生成を促進するのと並行してその時の反応熱で第一のゲスト分子のハイドレートを分解させ、第一のゲスト分子のハイドレートを第二のゲスト分子のハイドレートに置換しながら第一のゲスト分子のガスを回収するようにしている。
【００１８】
したがって、このガス資源の増進回収法によると、真空状態の容器の開口部を開口して流体を急激に吸い込ませることをトリガーとしてエマルションに攪拌の効果を与えてハイドレート化及びゲスト分子の置換並びにガスの回収を人工的に制御・促進すると共にハイドレートを迅速に生成することができる。
【００１９】
このガス資源の増進回収法によると、また、第二のゲスト分子を取り込んだガス・ハイドレートを生成させるのと並行して第一のゲスト分子を取り込んだガス・ハイドレートの分解を迅速に進行させ、地層の弱体化や崩壊を招くことなくガス・ハイドレートの置換が行われる。しかも、第二のゲスト分子の微粒化により、化学反応を促進するために必要な反応面積が増えてガス・ハイドレートの分解に必要な熱がガス・ハイドレートの生成時の発熱で効率的に与えられ、熱を得るためのＣＯ2の発生が抑えられる。
【００２０】
また、請求項５記載の発明は、請求項４記載のガス資源の増進回収法において、エマルション中の第二のゲスト分子の液体と水との混合割合を変化させることでエマルションの単位量当たりの発熱量を制御するようにしている。この場合には、地層の温度がガス・ハイドレートの生成が生じる温度になるように制御される。
【００２１】
また、請求項６記載の発明は、請求項４記載のガス資源の増進回収法において、第一のゲスト分子はＣＨ4であると共に第二のゲスト分子はＣＯ2であるようにしている。この場合には、地球温暖化の原因になっている地上のＣＯ2が地層中に安定なハイドレートとして固定されながら、そのハイドレート生成反応熱によって埋蔵されているＣＨ4が採取される。
【００２２】
また、請求項７記載のガス資源の増進回収法は、ＣＨ4ハイドレート層の上のＣＯ2がハイドレートになり得る温度・圧力条件下の地層の間隙に、ＣＯ2の液体を地層中の間隙よりも小さな微粒子にして水に分散させたエマルションを注入し、真空状態にして地層中に位置させた容器の開口部を開口して該容器周辺の流体を吸い込ませることによってエマルションに攪拌の効果を与えてＣＯ2のハイドレートのシール層を形成した後、ＣＨ4ハイドレート層の間隙に前記エマルションを注入し、真空状態にして地層中に位置させた容器の開口部を開口して該容器周辺の流体を吸い込ませることによってエマルションに攪拌の効果を与えてＣＯ2のハイドレートの生成を促進するのと並行してその時の反応熱で間隙に存在するＣＨ4ハイドレートを分解させ、ＣＨ4ハイドレートをＣＯ2ハイドレートに置換しながらＣＨ4ガスを回収するようにしている。
【００２３】
したがって、このガス資源の増進回収法によると、地球温暖化の原因になっている地上のＣＯ2を地層中に安定なハイドレートとして迅速に固定化しながら、その時に発生するハイドレート生成反応熱によって埋蔵されているＣＨ4を採取することができる。しかも、ＣＨ4ハイドレートをＣＯ2ハイドレートに置換しながらＣＨ4ハイドレートの採掘を進行するので、地層の弱体化や崩壊を招くことがない。加えて、ＣＨ4ハイドレートの採掘に必要なＣＨ4ハイドレートを分解させるためのエネルギーが、廃棄物として地層中に固定するＣＯ2の反応熱から得られる。
【００２４】
このガス資源の増進回収法によると、また、採掘対象となるＣＨ4ハイドレート層の上の地層に本発明のガス・ハイドレートの生成促進方法によってＣＯ2ハイドレートのシール層が形成されるので、該地層の隙間がＣＯ2ハイドレートによって埋められ固相が互いに連結されて安定化される。
【００２５】
このガス資源の増進回収法によると、さらに、採掘対象となるＣＨ4ハイドレート層の上の地層に本発明のガス・ハイドレートの生成促進方法によってＣＯ2ハイドレートのシール層が、さらに、下の地層にＣＯ2ハイドレートの発熱層が形成される。
【発明の効果】
【００２６】
請求項１記載のガス・ハイドレートの生成促進方法によれば、容器の開口部の開口操作をトリガーとしてハイドレート生成開始のタイミングを人工的に制御することができるので、ハイドレート生成の制御性・操作性を高めて利便性・汎用性の向上を図ることが可能になる。また、ハイドレートを迅速に生成することができるので、大量のゲスト分子を地層中に固定することが可能になると共に、ゲスト分子の液体が地下水の流れや浮力によって移動したり拡散したりするのを抑制することが可能になる。また、ゲスト分子の微粒子と海水とが混じり合ったエマルション状態のまま地層中に均質に分布させることができ、しかも、ハイドレート生成に適した水とゲスト分子との割合で分散させることができるので、ハイドレートを均質且つ効率的に生成することが可能になる。
【００２７】
さらに、請求項２記載のガス・ハイドレートの生成促進方法によれば、地層の温度がガス・ハイドレートの生成が生じる温度になるように制御することができるので、ガス・ハイドレートの生成に伴う地層の温度上昇によってハイドレートが不安定になることを回避することが可能になり、温度を下げる仕組みを必要としないのでコストを低減することが可能になる。
【００２８】
さらに、請求項３記載のガス・ハイドレートの生成促進方法によれば、地球温暖化の原因になっているＣＯ2を地層中に、しかも大量にハイドレートとして固定化することができるので、地球温暖化の抑制に貢献することが可能になる。
【００２９】
また、請求項４記載のガス資源の増進回収法によれば、容器の開口部の開口操作をトリガーとしてハイドレート生成等の開始のタイミングを人工的に制御することができるので、ハイドレート生成等の制御性・操作性を高めて利便性・汎用性の向上を図ることが可能になる。また、地層の弱体化や崩壊を招くことなくガス・ハイドレートの置換を行うことができるので、ガス・ハイドレートの置換作業中に地震などによって大規模な海底地滑りが発生した場合にも、地層中に注入された第二のゲスト分子や分解により得られた第一のゲスト分子のガスが大気中に漏れ出たり、或いはガス・ハイドレートが浮力で上昇してガス化し大気中に放出される危険性がほとんどなく、ガス資源の回収作業の安全性の向上を図ることが可能になる。
【００３０】
さらに、請求項５記載のガス資源の増進回収法によれば、地層の温度がガス・ハイドレートの生成が生じる温度になるように制御することができるので、ガス・ハイドレートの生成に伴う地層の温度上昇によってハイドレートが不安定になることを回避することが可能になり、温度を下げる仕組みを必要としないのでコストを低減することが可能になる。
【００３１】
さらに、請求項６記載のガス資源の増進回収法によれば、地球温暖化の原因になっているＣＯ2を地層中に、しかも大量にハイドレートとして固定しながら、そのハイドレート生成反応熱によって埋蔵されているＣＨ4を採取することができるので、地球温暖化の抑制に貢献しながらＣＨ4ガスを採取することが可能になる。
【００３２】
また、請求項７記載のガス資源の増進回収法によれば、ＣＨ4ハイドレートの採掘に必要なＣＨ4ハイドレートを分解させるためのエネルギーを廃棄物として地層中に固定するＣＯ2の反応熱から得るようにしているので、廃棄物であるＣＯ2に付加価値を持たせることができ、エネルギーを有効に利用することが可能になる。また、地層の隙間をＣＯ2ハイドレートによって埋めて固相を互いに連結して安定化することができるので、地震などによって大規模な海底地滑りが発生した場合にも、ＣＨ4ハイドレートの分解により得られたＣＨ4ガスが大気中に漏れ出たり、海水よりも密度が小さいＣＨ4ハイドレートが浮力で上昇してガス化して大気中に放出される危険性が少なく、ガス資源の回収作業の安全性の向上を図ることが可能になる。特に、ＣＨ4ハイドレートが埋蔵されている海底堆積層は砂層に濃集しているので有益である。しかも、ＣＨ4ハイドレート層とシール層との双方にＣＯ2を安定なハイドレートとして固定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明のガス・ハイドレートの生成促進方法の実施形態の一例を示す概略構成図である。
【図２】地層中の間隙に液体ＣＯ2を微粒化して注入した場合におけるＣＯ2ハイドレートの生成及びＣＨ4ハイドレートの分解の様子を示す図である。
【図３】ＣＨ4ハイドレートとＣＯ2ハイドレートとの置換の仕組みを示す概略構成図である。
【図４】注入井の上端部分の概略構造を示す図である。
【図５】注入井の下端部分の概略構造を示す図である。
【図６】本発明のガス・ハイドレートの生成促進方法と組み合わせたガス資源の増進回収法の全体構成を示す概略構成図である。
【図７】ＣＯ2ハイドレートの安定領域とＣＨ4ハイドレートの安定領域との関係を説明する図である。
【図８】永久凍土層を想定したＣＯ2ハイドレートの生成模式図である。
【図９】地層中の間隙に液体ＣＯ2を微粒化しないで注入した場合におけるＣＯ2ハイドレートの生成及びＣＨ4ハイドレートの分解の様子を示す図である。
【図１０】本発明のガス・ハイドレート採掘方法の一実施形態をＣＨ4ハイドレートの採掘の例を挙げて示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。
【００３５】
図１から図１０に、本発明のガス・ハイドレートの生成促進方法、並びに、当該ガス・ハイドレートの生成促進方法と組み合わせたガス資源の増進回収法の実施形態の一例を示す。
【００３６】
本発明のガス・ハイドレートの生成促進方法は、ゲスト分子がハイドレート６になり得る温度・圧力条件下の地層２中の間隙３に、ゲスト分子の液体４を地層２中の間隙３よりも小さな微粒子２３にして分散媒２４に分散させたエマルション５を注入し、真空状態にして地層２中に位置させた容器２０の開口部２０ａを開口して該容器２０周辺の流体を吸い込ませることによって、或いは、流体及び圧縮気体を注入して地層２中に位置させた容器２０の開口部２０ａを開口して該容器２０から流体を押し出すことによってエマルション５に攪拌の効果を与えるようにしている。
【００３７】
また、本発明の上記ガス・ハイドレートの生成促進方法と組み合わせたガス資源の増進回収法は、ガス・ハイドレートの生成を地層内で人工的に促進させることで地層の温度を上昇させて地層内に生成されている自然のガス・ハイドレートを分解することでゲスト分子を置換させる方法であり、第一のゲスト分子のハイドレート１が存在する地層２中の間隙３に、第一のゲスト分子がハイドレートになる温度・圧力よりも高温・低圧でハイドレートになり得る第二のゲスト分子の液体４を地層２中の間隙３よりも小さな微粒子２３にして分散媒２４に分散させたエマルション５を注入し、真空状態にして地層２中に位置させた容器２０の開口部２０ａを開口して該容器２０周辺の流体を吸い込ませることによって、或いは、流体及び圧縮気体を注入して地層２中に位置させた容器２０の開口部２０ａを開口して該容器２０から流体を押し出すことによってエマルション５に攪拌の効果を与えて第二のゲスト分子のハイドレート６の生成を促進するのと並行してその時の反応熱で第一のゲスト分子のハイドレート１を分解させ、第一のゲスト分子のハイドレート１を第二のゲスト分子のハイドレート６に置換しながら第一のゲスト分子のガスを回収するようにしている。
【００３８】
（１．第二のゲスト分子を水に分散させたエマルションの注入）
本発明のメカニズムを説明する図２中の符号２５は地層２の砂粒子である。地層２は例えば海底の地層であり、エマルション５の分散媒２４としてはゲスト分子を閉じこめる結晶(若しくは水和物)を生成する水或いは海水を利用する。ここで、地層２の間隙３は、固相(砂粒子，ガス・ハイドレート)の間の隙間であり、実質的には液相(液体ガス，水，海水)及び気相(気体ガス)部分が占める領域を意味する。つまり、液体のゲスト分子をガス・ハイドレートが形成される地層中の固相間の隙間よりも小さな微粒子２３にして海水或いは水などの分散媒２４に分散させたエマルションとして噴出する。なお、本発明では、地層２の間隙３に進入させるエマルション５が、ゲスト分子の微粒子２３の分布が均一であって良好な状態であるほどハイドレート化し易く適当である。
【００３９】
ここで、本実施形態では、図６に示すように、ＣＯ2ハイドレートを生成してＣＨ4ハイドレート資源（具体的にはＣＨ4ガス）を採掘・回収する場合を例に挙げて説明する。すなわち、以下では、第一のゲスト分子がＣＨ4であると共に第一のゲスト分子のハイドレート１がＣＨ4ハイドレートであり、第二のゲスト分子がＣＯ2であると共に第二のゲスト分子のハイドレート６がＣＯ2ハイドレート，第二のゲスト分子の液体４が液体ＣＯ2である場合を例に挙げて説明する。
【００４０】
図７はメタン(ＣＨ4)ハイドレート１の安定領域(図中斜線部分)と二酸化炭素(ＣＯ2)ハイドレート６の安定領域(図中灰色部分)とを示す図である。図７からも明らかなように、温度Ｔが２８３〔Ｋ〕以下においては、同じ圧力Ｐ〔MPa〕であれば、ＣＨ4ハイドレート１が安定して存在する上限温度よりもＣＯ2ハイドレート６が安定して存在する上限温度の方が高温である。また、温度Ｔが２８３〔Ｋ〕以下においては、同じ温度Ｔであれば、ＣＨ4ハイドレート１が安定して存在する下限圧力よりもＣＯ2ハイドレート６が安定して存在する下限圧力の方が低圧である。すなわち、ＣＨ4ハイドレート１が安定して存在する温度Ｔ及び圧力ＰよりもＣＯ2ハイドレート６が安定して存在する温度Ｔ及び圧力Ｐの方が高温・低圧にまで及ぶ。
【００４１】
そして、図７において符号Ｘで示す、ＣＨ4ハイドレート１の安定領域(図中斜線部分)と重複していないＣＯ2ハイドレート６の安定領域(図中灰色部分)は、ＣＯ2ハイドレート６の生成とＣＨ4ハイドレート１の分解とが同時に生じる温度・圧力条件の領域であり、本発明ではこの領域を利用してＣＨ4ハイドレート１をＣＯ2ハイドレート６に置換する。そして、ＣＨ4ハイドレート１をＣＯ2ハイドレート６に置換することにより、ＣＯ2を固定しながらＣＨ4を採掘・回収する。
【００４２】
ここで、海洋地盤において自然のＣＨ4ハイドレートが濃集する場所は砂層であり、ＣＨ4ハイドレート資源を回収する場合には通常はこの濃集域を採掘の対象とする。そして、砂層の５０％ほどの立体的な編目構造を成す隙間にＣＨ4ハイドレートが存在し、間隙の最大６０％がＣＨ4ハイドレートであることが知られている。そこで、本実施形態では、海底の地層２をＣＨ4ハイドレートの採掘対象及びＣＯ2のハイドレート化固定対象の地層として説明する。
【００４３】
図３に示すように、注入井７及び生産井８の下端はＣＨ4ハイドレートが生成されている地層２にまで達している。海上にはプラットホーム９が設けられており、当該プラットホーム９から注入井７及び生産井８が海底に降ろされている。生産井８の上端は図示しないポンプに接続されており、地層２の間隙を埋めている海水２４ごとＣＨ4ガスを汲み上げる。生産井８によって汲み上げられたＣＨ4ガスは海水２４と分離された後、例えば火力発電所２６で発電に使用される。
【００４４】
注入井７は、例えば図４に示すように、外管１０内に内管１１を配置した二重管構造を成している。内管１１の上端は液体ＣＯ2タンク１２に接続されており、内管１１内は液体ＣＯ2４が流れる通路になっている。液体ＣＯ2タンク１２に貯蔵されている液体ＣＯ2４は、例えば火力発電所２６、製鉄所、セメント工場等から排出されたＣＯ2を回収して液化したものである。
【００４５】
内管１１の先端には、図５に示すように、液体ＣＯ2４を地層２中の間隙３よりも小さな微粒子２３(図２参照)として外管１０で囲われた流路内に噴射するスプレーノズル１３が設けられている。当該スプレーノズル１３内で液体ＣＯ2４の高速流を作り、せん断や衝突の効果で液体ＣＯ2４を微粒化する。ノズルによって液体を微粒化する方法は霧吹きでも使用されている一般的な方法が適用可能であり、具体的には例えばスプレーノズル１３の前後の液体ＣＯ2４の圧力差を１〔MPa〕〜数１０〔MPa〕にすることでスプレーノズル１３内の液体ＣＯ2４の流速を音速程度にし、これによってスプレーノズル１３から噴射させる液体ＣＯ2４の微粒子２３の粒径をμｍオーダー以下にすることが可能である。
【００４６】
ここで、噴霧時の液体ＣＯ2の微粒子２３(図２参照)の平均粒径はガス・ハイドレートが形成される地層中の隙間即ち固相間の隙間よりも小さくすることが必要であり、例えば数〔μｍ〕〜３０〔μｍ〕程度にすることが好ましい。この場合には、ハイドレートを生成させる地層中の間隙よりも十分に小さな粒径の微粒子であると考えられる。
【００４７】
外管１０の上端は海洋３１から海水２４を汲み上げて吐出させるポンプ１４の吐出口に接続されており、外管１０と内管１１との間は海水２４が流れる通路になっている。外管１０と内管１１との間の海水２４の流れの中にノズル１３から液体ＣＯ2４の微粒子２３を噴射することで、液体ＣＯ2４を間隙３よりも小さな微粒子２３として海水２４に分散させたＣＯ2／水エマルション５を地層２に噴射する直前に作り出すことができる。海洋３１からの海水２４の汲み上げは、吸い上げ管１４ａの長さを調整することで、海底までの任意の深さから行われる。なお、外管１０は例えばドリルロッドであり、内管１１のスプレーノズル１３が装備されている先端よりも先において、生成されたＣＯ2／水エマルション５を地層２内に均等に噴出するための噴出口１０ａを周面に多数有している。
【００４８】
これによって、エマルション５の水／ＣＯ2の質量比は、地層２に注入する前に、注入井７内で、ハイドレートを生成する目的に応じた好適な割合に調整が可能となる。例えば、対象となる地層２においてハイドレートを生成しゲスト分子を安定に固定することを目的とする場合、地層中に既に存在するガス・ハイドレートのゲスト分子と供給ゲスト分子とを置換することを目的とする場合、或いはハイドレートの生成の際の反応熱をハイドレートの形で地層中に存在する天然資源を採掘・回収する際の熱源とすることを目的とする場合など、そのハイドレート生成目的に応じた水／ＣＯ2の混合割合に調整することができる。
【００４９】
例えば、本実施形態のように、ＣＨ4ハイドレートが濃集する地層２中にＣＯ2をハイドレートにして固定するのと並行してＣＨ4ハイドレートを水とＣＨ4ガスとに分解して回収することによって地層中のＣＨ4ハイドレートをＣＯ2ハイドレートに置換することでＣＨ4ハイドレートを採掘・回収する場合には、ＣＯ2ハイドレートの生成と安定とに好適な水／ＣＯ2の質量比となるように調整することが好ましい。
【００５０】
また、エマルション５の分散媒として使う海水或いは水の温度若しくは液体ＣＯ2の温度を調整することで、ガス・ハイドレートを生成しようとする地層の温度条件や地層の温度上昇条件などに対してハイドレートを生成し且つ安定させるに最適な温度のエマルション５として注入することも可能となる。例えば、海水２４を採取する深度を変えれば、必要な温度の水／海水が容易に得られる。
【００５１】
注入井７から噴射されたエマルション５はＣＨ4ハイドレート層２の間隙３を埋めている海水を押し退けながら間隙に進入し、均質な割合で液体ＣＯ2(微粒子２３)と海水(分散媒２４)とが間隙３に行き渡る。
【００５２】
（２．第二のゲスト分子のハイドレートの生成促進方法）
エマルション５が進入した間隙３にはＣＨ4ハイドレート１が安定して存在している（海水温度は２８３〔Ｋ〕以下）。すなわち、間隙３はＣＯ2ハイドレートも安定して存在し得る温度・圧力条件である。
【００５３】
そして、本発明では、間隙３に進入させたＣＯ2／水エマルション５のハイドレート化を耐圧容器２０を用いて促進させる。
【００５４】
ＣＨ4ハイドレート１が安定して存在していると共にＣＯ2／水エマルション５が間隙３に供給されたＣＨ4ハイドレート層２に向けて当該ＣＨ4ハイドレート層２に達する深さでボーリング孔３０が形成される。そして、当該ボーリング孔３０内にケーブル２８の下端に取り付けられた耐圧容器２０が吊り下げられ、ＣＨ4ハイドレート層２内の深度に位置される。
【００５５】
耐圧容器２０は、少なくとも開口動作可能な弁を備える開口部２０ａを側壁に有する。開口部２０ａの弁の開口動作は、耐圧容器２０にタイマーを設けて当該タイマーによって自動で開始するようにしても良いし、ケーブル２８自体を電気信号ケーブルとすることによって若しくはケーブル２８に沿わせて配設した電気信号ケーブルによって電気信号を伝達させるようにして当該電気信号によって遠隔操作できるようにしても良い。なお、耐圧容器２０が複数の開口部２０ａを備えるようにしても良く、その場合には複数の開口部２０ａが開口動作を同時に行うようにする。
【００５６】
耐圧容器２０内は減圧されて真空状態にされる。耐圧容器２０の減圧は、海上・地上で予め行われるようにしても良いし、耐圧容器２０に減圧機構を設けて当該減圧機構によってボーリング孔３０内で行うようにしても良い。なお、開口部２０ａの弁は、耐圧容器２０内が真空である状態において当該真空状態を維持することができる程度の密封性を有する。
【００５７】
本実施形態では、耐圧容器２０の上方に上部パッカー２１Ａが設けられると共に下方に下部パッカー２１Ｂが設けられる。上部・下部パッカー２１Ａ・２１Ｂは例えば樹脂製で空気によって膨張してボーリング孔３０内の流体の流動を制限する程度の密封性を発揮するものが用いられる。
【００５８】
そして、上部・下部パッカー２１Ａ・２１Ｂを伴った耐圧容器２０がＣＨ4ハイドレート層２内の所定の深度に位置され、両パッカー２１Ａ・２１Ｂが拡張して耐圧容器２０の上下でボーリング孔３０を密封する。なお、耐圧容器２０はＣＨ4ハイドレート層２内に位置されるので、少なくとも耐圧容器２０の周囲はＣＯ2ハイドレートが安定である温度・圧力条件になっている。
【００５９】
所定の深度に位置されて開口部２０ａの弁が開けられる。そして、ボーリング孔３０の上部パッカー２１Ａと下部パッカー２１Ｂとに挟まれた部分（即ち、耐圧容器２０の側壁周囲）のＣＯ2／水エマルション５及び海水２４が耐圧容器２０内に瞬間的に急激に吸い込まれる。
【００６０】
このとき、ボーリング孔３０内の耐圧容器２０の上下は上部・下部パッカー２１Ａ・２１Ｂによって流体の流動が制限されているので、ボーリング孔３０内の耐圧容器２０の上方・下方の水は耐圧容器２０に向かって流動することがなく、耐圧容器２０が位置する深度のボーリング孔３０周囲のＣＯ2／水エマルション５及び海水２４がボーリング孔３０内にそして耐圧容器２０内に瞬間的に急激に流れ込む。これにより、ボーリング孔３０周囲のＣＯ2／水エマルション５に急激な流動が生じる。
【００６１】
また、耐圧容器２０内がＣＯ2／水エマルション５及び海水２４によって瞬間的に満たされた時に、ＣＯ2／水エマルション５及び海水２４の流動が急激に止まって水撃作用（ウォーターハンマーとも呼ばれる）が生じる。これにより、ボーリング孔３０周囲のＣＯ2／水エマルション５に衝撃・振動が与えられる。
【００６２】
このような、耐圧容器２０の開口部２０ａの開口による瞬間的で急激な流動により、ＣＨ4ハイドレート層２の間隙３に進入させたＣＯ2／水エマルション５に攪拌の効果が与えられる。さらに、水撃作用による衝撃・振動によって攪拌の効果が増強される。ここに、攪拌の効果とは、ＣＯ2と水との界面(接触面)の面積が増えること、言い換えると、微滴が存在するＣＯ2／水エマルションが生成されることである。そして、この攪拌の効果によって、ＣＯ2ハイドレートが安定する温度・圧力条件下であるけれどもＣＯ2ハイドレートが生成され難い条件下においてもハイドレートが確実に生成され促進される。
【００６３】
瞬間的で急激な流動によってＣＯ2／水エマルション５に攪拌の効果が与えられることにより、ＣＯ2ハイドレートが安定であり得る温度・圧力条件下においてのＣＯ2ハイドレート生成が誘起される。ＣＯ2／水エマルション５のＣＯ2ハイドレート化は、始めはボーリング孔３０直近で起こり、ハイドレート化の範囲（言い換えると、攪拌の効果の波及範囲）が同心円状に周囲に向かって徐々に伝播するように拡がることによって進行する。また、攪拌の効果が与えられることにより、ＣＯ2ハイドレート生成は急速に進行する。
【００６４】
なお、耐圧容器２０の大きさや減圧の程度（言い換えると、開口部２０ａの開口によって生じさせる圧力差の大きさ）は、ハイドレート化するＣＯ2／水エマルション５の量やその進入の範囲を勘案して適当に設定される。
【００６５】
本発明では、上述のように、ＣＨ4ハイドレート層２の間隙３にＣＯ2／水エマルション５を供給した後に耐圧容器２０を用いてハイドレート生成のトリガーを与えることによって前記エマルション５のハイドレート化が開始される。したがって、本発明によれば、ガス・ハイドレートの生成を人工的に制御・促進することができる。なお、耐圧容器２０によるハイドレート生成のトリガーは一度与えれば一定の範囲内のＣＯ2／水エマルション５のＣＯ2ハイドレート化を引き起こすことができ、同じ場所において連続して与える必要はない。
【００６６】
本発明の以上の内容によれば、所定の地層中におけるガス・ハイドレートの生成を促進させることができる。
【００６７】
（３．第一のゲスト分子のハイドレートの分解と当該ハイドレート資源の回収）
ハイドレートの生成は発熱反応であり、ハイドレートの分解は吸熱反応である。ＣＯ2ハイドレート６が生成される時の発熱によってその周囲の固相及び液相を含めた地層２の温度が上昇し、ＣＨ4ハイドレート１が分解される。例えば、図７の点Ｐ1の状態から温度が上昇して点Ｐ2の状態に移行すると、間隙３は図７のＣＯ2安定領域(図中灰色部分)には属している一方でＣＨ4安定領域(図中斜線部分)からは外れる。このため、間隙３のＣＨ4ハイドレート１は分解する一方でＣＯ2ハイドレート６は安定して存在することになり、間隙３に存在するハイドレートがＣＨ4ハイドレート１からＣＯ2ハイドレート６に置換される。なお、ここでの置換はＣＯ2ハイドレート６が生成されるのに伴ってＣＨ4ハイドレート１が分解される現象が主であるが、ＣＨ4ハイドレート１の分解が起こらずにゲスト分子であるＣＨ4がＣＯ2に入れ替わる現象も一部に生じている。
【００６８】
なお、ＣＯ2ハイドレート６の生成時に発生した熱はＣＨ4ハイドレート１の分解時に吸収されるので、間隙３ひいては地層２の温度はＣＯ2ハイドレートが生成され安定である温度を超えるほどに上昇することはない。このため、生成されたＣＯ2ハイドレート６は安定したままで存在する。
【００６９】
ＣＨ4ハイドレート１の分解によってＣＨ4ガス２７が発生する。ＣＨ4ガス２７は気泡となって間隙３を流れる海水２４中に浮遊する。また、発生したＣＨ4ガス２７の一部は海水２４に溶解する。一方、注入井７からはエマルション５が吐出されており、生産井８は海水２４を吸い上げているので、ＣＨ4ハイドレート層２の間隙３には注入井７から生産井８に向かう海水２４の流れが生じている。このため、発生したＣＨ4ガス２７の気泡と海水２４に溶解したＣＨ4ガス２７とは海水２４と共に生産井８から回収される。
【００７０】
このように、海底の地層中にＣＯ2を注入してＣＯ2ハイドレートを生成し、その時のハイドレート生成反応熱で地層２の温度を上昇させて海底地盤中の有効資源であるＣＨ4ハイドレート１を分解しながらＣＯ2ハイドレートに置換することにより、ＣＯ2の固定とＣＨ4ハイドレート１の採掘・回収、並びに地層強度の復旧と安定化とを同時進行させることができる。また、ガス・ハイドレートを生成して固定化しようとするゲスト分子（例えば本実施形態の場合にはＣＯ2）を単に加温剤として使用することも可能である。
【００７１】
エマルション５中の液体ＣＯ2は地層２中の間隙３よりも小さな微粒子２３とされているので、液体ＣＯ2が水と同様に移動を妨げられることなく地層２中の間隙３に容易に進入し、移動を妨げられることなく均一な分布で分散する。このため、地層２中の間隙３に広い範囲に亘って液体ＣＯ2をハイドレート生成に適した水とＣＯ2との割合で若しくはそれに近い割合で均質に分散させることができ、ＣＯ2ハイドレート６を広い範囲に亘って均質に生成することができる。
【００７２】
また、液体ＣＯ2が微粒子とされているので、液体ＣＯ2(微粒子２３)と海水(分散媒２４)との接触面積が増加する。例えば、液体ＣＯ2の微粒子２３が球状の場合、半径が１／１０になると、単位体積当たりの粒子数は１０００倍、各微粒子２３の表面積は１／１００となり、単位体積当たりの表面積の和は１０倍になる。例えば、微粒子２３の半径が１〔mm〕のときの表面積を基準とすると、微粒子２３の直径を０．０１〔mm〕或いは０．００１〔mm〕にすると、単位体積当たりの表面積の和はそれぞれ１００倍或いは１０００倍となる。このように、液体ＣＯ2(微粒子２３)と海水２４との接触面積を増加させることができるので、両者の接触面積を増加させてＣＯ2ハイドレート６の生成を確実なものにすることができる。
【００７３】
ちなみに、図９に、地層２中の間隙３に液体ＣＯ2４を微粒子にしないで１００％に近い濃度の液体ＣＯ2のまま注入した場合の様子を示す。この場合には、間隙３を埋めている海水２４を液体ＣＯ2４で押し退けながら間隙３に進入するため、液体ＣＯ2４と海水２４とはその境界でのみ接触し、その内側では液体ＣＯ2のみが或いは海水２４のみがそれぞれ存在することになるので、ハイドレート生成反応に適した割合の水とＣＯ2とを間隙３において均質に分布させることは不可能に近いものとなる。
【００７４】
また、本発明においては、液体ＣＯ2は地層２の間隙３よりも小さな微粒子にされて予めエマルションとして供給されるため、注入井７からＣＨ4ハイドレート層２の間隙３に注入されるエマルション５中の液体ＣＯ2(微粒子２３)と水(分散媒２４)との混合割合を変化させることでエマルション５の単位量当たりの発熱量を制御することが可能となる。例えば、注入井７の液体ＣＯ2４の流量と海水２４の流量との割合を調節することで、エマルション５中の液体ＣＯ2(微粒子２３)と海水(分散媒２４)との混合割合を変化させてエマルション５の単位量当たりの発熱量を制御することができる。
【００７５】
また、ハイドレートを構成するゲスト分子の数と水分子の数との割合はゲスト分子の種類毎に決まっている。エマルション５中の液体ＣＯ2(微粒子２３)と海水(分散媒２４)との混合割合を、ＣＯ2ハイドレート６を構成するＣＯ2の分子数と水分子数との割合に近づけるとエマルション５の単位量当たりのハイドレートの生成量が増加して発熱量も増加する。逆に、エマルション５中の液体ＣＯ2(微粒子２３)と海水(分散媒２４)との混合割合を、ＣＯ2ハイドレート６を構成するＣＯ2の分子数と水分子数との割合から遠ざけるとエマルション５の単位量当たりのハイドレートの生成量が減少して発熱量も減少する。したがって、エマルション５中の液体ＣＯ2(微粒子２３)と海水(分散媒２４)との混合割合を変化させることでＣＯ2ハイドレート生成時の単位量当たりの発熱量を制御することができる。そして、ＣＯ2ハイドレート生成時のエマルション５の単位量当たりの発熱量を制御することで、地層２の温度上昇を制御することができる。この地層２の温度制御により、ガス・ハイドレートの生成が生じる温度に維持したり、或いは、置換若しくは採掘・回収しようとするハイドレート例えばＣＨ4ハイドレート１の分解量を調整することができる。
【００７６】
また、永久凍土層を想定したＣＯ2ハイドレートの生成模式図を図８に示す。具体的には、永久凍土層中のＣＨ4ハイドレートを囲むように当該永久凍土層中にＣＯ2エマルションを注入し、上述のガス・ハイドレートの生成促進方法を用いてＣＯ2エマルションに攪拌の効果を与えてＣＯ2ハイドレートを人工的に迅速に生成し、その時のハイドレート生成反応熱で永久凍土の温度を上昇させてＣＨ4ハイドレートを分解しながらＣＯ2ハイドレートに置換する。このようにすれば、ＣＯ2ハイドレートの安定領域となる温度・圧力の条件でＣＨ4ハイドレートが存在する永久凍土層中で人工的にＣＯ2ハイドレートの生成を促進させることができる。
【００７７】
（４．シール層の形成）
ガス・ハイドレートの採掘・回収に際しては、採掘対象となるガス・ハイドレート層の上に採掘対象となるガス・ハイドレートよりも高い温度・低い圧力でも安定なガス・ハイドレートのシール層を予め形成しておくことが好ましい。例えば、本実施形態のＣＨ4ハイドレートの採掘においては、ハイドレートの置換は、ＣＨ4ハイドレートが生成されている地層２の上にＣＯ2ハイドレートのシール層２２を形成した後に行われることが好ましい。ＣＯ2はＣＨ4に比べて高温・低圧の条件下でハイドレートとして安定するので、ＣＨ4ハイドレートが生成された地層２の上に形成されるシール層２２として好適である。
【００７８】
具体的には、まず、ＣＨ4ハイドレートが生成された地層２の上の、ＣＯ2がハイドレートになり得る温度・圧力条件下の地層に貫通する注入井２９を設置して当該地層の固体粒子間の間隙に、間隙よりも小さな微粒子とした液体ＣＯ2を海水に分散させたＣＯ2／水エマルション５を注入すると共に耐圧容器２０によって攪拌の効果を与えてシール層２２を形成する。その後、ＣＨ4ハイドレートが生成されている地層２の固体粒子間の間隙３に、上述のＣＯ2／水エマルション５を注入すると共に耐圧容器２０によって攪拌の効果を与えてＣＯ2ハイドレートを形成する一方でその時の反応熱を利用して間隙３に存在するＣＨ4ハイドレートを分解させる。ＣＨ4ハイドレートの分解により生じたＣＨ4ガス２７はシール層２２に捕集されて海や大気に漏れ出すことなく生産井８から回収される。これにより、地層２に埋設されているＣＨ4ハイドレートはＣＯ2ハイドレートに置換されながらＣＨ4ガスが回収される。
【００７９】
なお、ガス・ハイドレートの生成によってシール層２２を形成する場合において、自然のガス・ハイドレートが埋蔵されていない地層に形成されるときには、ガス・ハイドレートの分解による吸熱が期待できないので、シール層２２を形成するガス・ハイドレートの生成が生じる温度となるように、エマルション５の温度や液体ゲスト分子微粒子の平均粒径の調整などにより、温度調整を図ることが必要となる場合がある。例えば、ＣＯ2をゲスト分子とする場合には、ＣＯ2／水エマルションの液体ＣＯ2の微粒子２３に対して混合する海水の量を増やしたり、混合する海水をより低い温度の海水にするなどの工夫が必要になる場合がある。また、エマルション５中の液体ＣＯ2４と水２４との混合割合を変化させることでエマルション５の単位量当たりの発熱量を制御するようにしても良い。
【００８０】
また、図１０に他のガス・ハイドレートの採掘方法の実施形態を示す。このガス・ハイドレートの採掘方法は、まず、採掘対象となるＣＨ4ハイドレート層３２の上にＣＯ2ハイドレートのドーム形のシール層２２を形成した後、さらにＣＨ4ハイドレート層３２の下の地層にＣＯ2を固定するＣＯ2ハイドレート層３３を形成し、その時の反応熱を利用してＣＯ2エマルションを注入した地層３３の温度を上昇させてその地層３３の上のＣＨ4ハイドレート層３２のＣＨ4ハイドレートを下部から水とＣＨ4ガスとに分解させるようにしたものである。
【００８１】
ＣＨ4ハイドレート層３２の分解により発生したＣＨ4ガス２７はドーム形のシール層２２で集められてから生産井８によって地上に回収される。そして、ＣＨ4ハイドレート採掘後の地層には、注入井７を上昇させることによって或いはＣＨ4ハイドレート層３２に貫通する別の注入井を設置することによってＣＯ2／水エマルション５を注入してＣＯ2ハイドレートを生成させ、未固結状態となった砂粒子などの固相同士をＣＯ2ハイドレートで連結して地層の強度を復旧させる。これにより、ＣＨ4ハイドレート３２からメタンガスを安全に採掘・回収しながら、大量のＣＯ2を海底堆積層に安定なハイドレートとして３つの層２２，３２，３３に固定化することができる。
【００８２】
なお、ＣＨ4ハイドレート層３２の上方はＣＨ4ハイドレートの採掘に先立ってシール層２２を成すＣＯ2ハイドレートの生成によって地層の固相が連結され安定化されているので、地震などによって大規模な海底地滑りが発生した場合に、ＣＨ4ハイドレートの分解により得られたＣＨ4ガスが大気中に漏れ出たり、海水よりも密度が小さいＣＨ4ハイドレートが浮力で上昇してガス化し大気中に放出される危険性が少ない。
【００８３】
以上のように構成された本発明のガス資源の増進回収法によれば、容器２０の開口部２０ａの開口操作をトリガーとしてハイドレート生成等の開始のタイミングを人工的に制御することができるので、ハイドレート生成等の制御性・操作性を高めて利便性・汎用性の向上を図ることが可能になる。また、本発明によると、ガス・ハイドレートの生成を迅速に行うことができるので、他のガス・ハイドレートとの置換や資源ハイドレートの採掘に限らず、ゲスト分子を地層中にハイドレートとして固定化・貯蔵する場合にも好適である。例えばＣＯ2ガスの固定化技術として適している。
【００８４】
なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、上述の実施形態ではＣＯ2のハイドレート化による固定、ＣＯ2ハイドレートとＣＨ4ハイドレートとの置換並びにＣＨ4ハイドレート資源（具体的にはＣＨ4ガス）の回収を例に挙げて主に説明したが、対象となるゲスト分子はＣＯ2やＣＨ4に限られるものではない。ガス・ハイドレートを生成するあらゆるゲスト分子に本発明のガス・ハイドレートの生成促進方法が適用できることは明らかであり、ハイドレートの置換による本発明のガス資源の増進回収法に関しても安定する温度と圧力との条件が異なる２種類のゲスト分子の組み合わせの間で成立する。例えば、天然のガス・ハイドレートのゲスト分子としては、メタン(ＣＨ4)，エタン(Ｃ2Ｈ6)，プロパン(ＣＨ3ＣＨ2ＣＨ3)，二酸化炭素(ＣＯ２)，硫化水素(Ｈ2Ｓ)，空気(窒素(Ｎ2))が知られており、これらガス・ハイドレートの生成、置換及びガス・ハイドレート資源の回収に本発明が適用できることは明らかである。
【００８５】
また、上述の実施形態においては、砂層が中心となる海底堆積層におけるガス・ハイドレートの生成方法、置換方法及びガス・ハイドレート資源の回収方法について主に説明したが、当然、湖底のＣＨ4ハイドレート層等の地層や永久凍土のＣＨ4ハイドレート層等の地層などに適用することもできるし、ハイドレート生成に必要な水を含んだエマルション５として地層の間隙に注入することから間隙に水が存在しない地層を対象にゲスト分子のハイドレート生成による固定、置換及びガス・ハイドレート資源の回収を実施することも可能である。
【００８６】
また、上述の実施形態では、地層に注入する前に液体ＣＯ2を水／海水中に噴射してエマルションを得るようにしているが、地層等の状況によっては、ＣＨ4ハイドレートが存在する地層中に液体ＣＯ2をスプレーノズルから直接に噴出させて地層中の海水などに液体ＣＯ2の微粒子を分散させてエマルションとしてから更に噴出のエネルギーを利用して地層中に拡散させるようにしても良い。
【００８７】
また、上述の実施形態では、減圧し真空状態にした耐圧容器２０の開口部２０ａを開口してＣＯ2／水エマルション５及び海水２４を当該容器２０内に瞬間的に急激に吸い込むことによってＣＨ4ハイドレート層２中のＣＯ2／水エマルション５に攪拌の効果が与えられるようにしているが、ＣＯ2／水エマルションや海水若しくは他の流体と圧縮空気等の圧縮気体とが注入された耐圧容器２０の開口部２０ａを開口して当該容器２０内のＣＯ2／水エマルションや海水を瞬間的に急激に押し出すようにしても良い。この場合も、急激な振動と流動とによってＣＯ2／水エマルション５に攪拌の効果が与えられる。
【００８８】
また、耐圧容器２０の開口部２０ａの弁を遠隔操作可能にすると共に耐圧容器２０に容器内容物排出機構及び減圧機構を設け、開口部２０ａを一旦開口した後に当該開口部２０ａを閉じると共に耐圧容器２０内に吸い込んだ内容物の排出と減圧処理とをボーリング孔３０内で行えるようにし、耐圧容器２０の真空状態設定と開口動作とを連続的に行うことによってＣＨ4ハイドレート層２内で深度を変えながらＣＯ2／水エマルション５に攪拌の効果を連続的に与えるようにしても良い。
【００８９】
また、上述の実施形態では、耐圧容器２０の上下両方にパッカー２１Ａ・２１Ｂを設けるようにしているが、これらパッカー２１Ａ・２１Ｂは耐圧容器２０の上下でボーリング孔３０を密封してボーリング孔３０内の流体の耐圧容器２０の上下方から耐圧容器２０に向かう流動を制限するものであるので、耐圧容器２０をボーリング孔３０の底に接地させて用いる場合には下部パッカー２１Ｂは設けないようにしても良い。
【符号の説明】
【００９０】
１  ＣＨ4ハイドレート（第一のゲスト分子のハイドレート）
２  ＣＨ4ハイドレートが生成された地層
３  地層中の間隙
４  液体ＣＯ2（第二のゲスト分子の液体）
５  ＣＯ2／水エマルション
６  ＣＯ2ハイドレート（第二のゲスト分子のハイドレート）
２０  耐圧容器
２１Ａ  上部パッカー
２１Ｂ  下部パッカー
２３  液体ＣＯ2の微粒子（第二のゲスト分子の液体微粒子）
２８  ケーブル
３０  ボーリング孔
【図１】
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【図４】
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【図９】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１０】
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